Hnf4α and Choline Metabolism Role in β-catenin Activated Liver Carcinogenesis

par Chiara Sartor

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Sabine Colnot.

Le président du jury était Christian Auclair.

Le jury était composé de Sabine Colnot, Christian Auclair, Agnès Ribeiro-Pillet, Yu Wei, Olivier Rosmorduc, Thierry Tordjmann.

Les rapporteurs étaient Agnès Ribeiro-Pillet, Yu Wei.

  • Titre traduit

    Le rôle d’Hnfα et du métabolisme de la choline dans les carcinomes hépatocellulaires activés pas la β-caténine


  • Résumé

    La voie de signalisation WNT/β-caténine est impliquée dans de nombreuses processi cellulaires, du développement à la physiologie. Dans le foie adulte, elle est nécessaire pour établir et maintenir la zonation métabolique, condition préalable pour la fonctionnalité de l’organe, mais elle est aussi cause d’un pourcentage non négligeable (11-32%) de carcinomes hépatocellulaires (CHC), qui surviennent après mutation activatrice du gène codant la β-caténine. Mes travaux se sont inscrits dans la continuité de travaux de l’équipe auxquels j’ai participé , et ont eu pour principaux objectifs : (1) d’explorer le rôle du facteur de transcription Hnf4α dans la physiologie et les cancers du foie, en lien avec la signalisation β-caténine ; (2) de déterminer si une imagerie tumorale par tomographie par émission de positrons (TEP) spécifique de la captation de choline pouvait prédire les CHC mutés pour la β-caténine et si le métabolisme de la choline pouvait présenter une piste thérapeutique des cancers du foie.Pour ces deux projets, j’ai eu accès à des cohortes de patients atteints de cancers du foie, mais j’ai également pu bénéficier du modèle gain-de-fonction de la β-caténine développé au laboratoire, qui consiste en une perte du suppresseur de tumeur Apc, frein majeur de la voie β-caténine conduisant à des cancers du foie. Grâce à un modèle d’invalidation hepato-spécifique et conditionnelle du gène Hnf4α, j’ai pu prouver que la perte de Hnf4α mène à une augmentation de la prolifération, du stockage des lipides dans le foie et à une désorganisation de l’architecture zonale hépatique, en particulier celle de la triade portale. J’ai aussi démontré que dans un contexte de carcinome murin invalidé par Apc, le rôle suppresseur de tumeur d’Hnf4α était mineur.Une approche métabolomique avait montré qu’un signal β-caténine perturbait le métabolisme des phospholipides dérivant de la choline. Grâce à une étude parallèle réalisée chez des patients porteurs de CHC d’une part, et dans nos modèles murins d’autre part, nous avons pu mettre en évidence par TEP une fixation accrue de la F-choline dans les tumeurs activées β-caténine. Ce phénotype est spécifique d’une signalisation β-caténine active puisque cette captation accrue n’était pas présente chez les patients porteurs de carcinome hépatocellulaire non mutés ou chez les souris présentant une cancérogenèse indépendante de la β-caténine (modèle DEN). J’ai ensuite étudié le devenir intracellulaire de la choline. En utilisant de la choline radiomarquée j’ai montré in vitro qu’un signal β-caténine aberrant accroit l’incorporation de choline dans les phospholipides, et accroit également son rôle de donneur de groupements méthyles, participant à la méthylation de l’ADN. Cela pourrait expliquer pourquoi l’ADN est hyperméthylé chez les souris avec la perte d’Apc, puisque l’administration d’un régime sans choline et methionine à ces souris réverse le phénotype d’hyperméthylation. L’ensemble de ces résultats suggère que la choline pourrait jouer un rôle important dans la cancérogenèse liée à la β-caténine. Nous proposons que des TEP F-choline pourraient être utilisés pour diagnostiquer les CHC mutés β-caténine, et à terme des thérapies ciblées sur ce métabolisme pourraient être envisagées.


  • Résumé

    WNT/β-catenin is a pillar during development and in adult physiology. In particular in the adult liver it is a double-edged sword: it is necessary to establish the metabolic zonation, requirement for having a functional organ, but it is also involved in the onset of 11-32% of hepatocellular carcinoma (HCC). My thesis work has been based on the team previous results and it is focused on two main subjects: (1) the first aim was to decipher the role of Hnf4α both in physiology and in HCC development and its relationship with WNT/β-catenin signalling and (2) the second part explores the possible use of Fluoro-choline (FCh) positron emission tomography (PET) in the diagnosis of β-catenin-activated liver tumours.In this study I used cohorts of patients having HCC, but also inducible and hepatospecific knock-out mice for adenomatous polyposis coli (APC) gene (thereafter called ApcKO mice). Apc is the most important negative regulator of β-catenin, and it hepatic loss leads to aberrant activation of β-catenin, disrupting liver zonation and initiating long-term liver cancers. I generated also inducible hepatospecific Hnf4α knock-out mice and I demonstrated an increased proliferation, lipids accumulation and disorganization in the portal triad architecture, together with a mild distruption of liver zonation. Then, looking at cancer onset, I demonstrated that Hnf4α loss is not able per se to initiate liver cancer, and has no tumour suppressor role in β-catenin activated tumours onset and progression.We performed a metabolic analysis of ApcKO livers, showing that β-catenin is able to deregulate lipids metabolism, in particular that of phospholipids derived from choline. In collaboration with clinicians, I studied human patients who underwent FCh/PET, showing that β-catenin-mutated tumours had an increased uptaken of F-Choline whereas non-mutated β-catenin human HCC had not. Similar results were obtained with mice, either ApcKO β-catenin-activated HCC or β-catenin-independent mice HCC, obtained through a N-diethylinitrosamine (DEN) injection.Choline in cells splits in two main pathways: it is both a methyl-group donor and a precursor for phospholipids production. I tested this through radiolabeled fluxes in in vitro experiments. In β-catenin activated hepatocytes and tumours there are more phospholipids and more methyl groups in DNA derived from choline than in control mice. Moreover in ApcKO DNA is hypermethylated, and it is dependent on choline supply from diet.All these results together show the importance for β-catenin activated tumours to have a supply in choline, and so open a way not only in PET exploitation for having a precise diagnosis, but also in deciphering the importance of choline pathway, to possibly develop a targeted therapy.


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